JP7846958B2 - Electrode forming materials, electrode mixtures, electrodes for energy devices, and energy devices - Google Patents

Electrode forming materials, electrode mixtures, electrodes for energy devices, and energy devices

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JP7846958B2 JP2020127386A JP2020127386A JP7846958B2 JP 7846958 B2 JP7846958 B2 JP 7846958B2 JP 2020127386 A JP2020127386 A JP 2020127386A JP 2020127386 A JP2020127386 A JP 2020127386A JP 7846958 B2 JP7846958 B2 JP 7846958B2
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Description

特許法第30条第2項適用 令和2年2月3日、日立化成株式会社のウェブサイトにて公開 令和2年2月13日、株式会社イプロスが運営するデータベースサイト「イプロスものづくり」にて公開Applicable under Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act. Published on the Hitachi Chemical Co., Ltd. website on February 3, 2020. Published on the "Ipros Monozukuri" database site operated by Ipros Co., Ltd. on February 13, 2020.

本発明の実施形態は、電極形成用材料、電極合剤、エネルギーデバイス用電極、及びエネルギーデバイスに関する。 Embodiments of the present invention relate to electrode forming materials, electrode mixtures, electrodes for energy devices, and energy devices.

ノート型パソコン、携帯電話、PDA(Personal Digital Assistant)等の携帯情報端末の電源、電気自動車用の電源などとして、リチウムイオン二次電池が広く用いられている。リチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度を有する非水電解液系エネルギーデバイスである。 Lithium-ion rechargeable batteries are widely used as power sources for portable information terminals such as notebook computers, mobile phones, and PDAs (Personal Digital Assistants), as well as for electric vehicles. Lithium-ion rechargeable batteries are non-aqueous electrolyte-based energy devices with high energy density.

リチウムイオン二次電池の電極は、例えば、次のようにして作製される。まず、活物質、バインダー、及び溶媒を混練してスラリー状の電極合剤を調製する。この電極合剤を転写ロール等で集電体である金属箔の片面又は両面に塗布し、溶媒を除去して電極合剤層を形成する。その後、電極合剤層をロールプレス機等で圧縮成形する工程を経て、電極を作製する。 The electrodes for lithium-ion secondary batteries are manufactured, for example, as follows: First, an electrode slurry is prepared by kneading the active material, binder, and solvent. This electrode slurry is then applied to one or both sides of a metal foil current collector using a transfer roll or the like, and the solvent is removed to form an electrode slurry layer. Subsequently, the electrode slurry layer is compressed and molded using a roll press or the like to produce the electrode.

特許文献1には、(メタ)アクリロニトリル由来の構造単位と、2以上のエチレン性不飽和結合を有する化合物由来の構造単位とを含む共重合体を含有するエネルギーデバイス電極用バインダ樹脂材料が記載されている。また、特許文献2には、(メタ)アクリロニトリル由来の構造単位と、(メタ)アクリル酸エステル由来の構造単位を含む共重合体を含有し、前記共重合体の電解液に対する膨潤度が200~400%であるエネルギーデバイス電極用共重合体が記載されている。 Patent Document 1 describes a binder resin material for energy device electrodes containing a copolymer comprising structural units derived from (meth)acrylonitrile and structural units derived from a compound having two or more ethylenically unsaturated bonds. Patent Document 2 describes a copolymer for energy device electrodes containing a copolymer comprising structural units derived from (meth)acrylonitrile and structural units derived from (meth)acrylic acid ester, wherein the copolymer has a swelling degree of 200 to 400% in relation to the electrolyte.

国際公開第2014/098233号International Publication No. 2014/098233 特開2016-143635号公報Japanese Patent Publication No. 2016-143635

電極の製造に使用されるバインダーには、活物質間及び活物質と集電体間の密着性、並びに、電気化学安定性等の特性に優れていることが求められる。また、リチウムイオン二次電池の高容量化のために、より少ない添加量でこれらの特性を満足することが求められる。 The binder used in the manufacture of electrodes is required to have excellent properties such as adhesion between active materials and between active materials and current collectors, as well as electrochemical stability. Furthermore, to increase the capacity of lithium-ion secondary batteries, it is necessary to satisfy these properties with smaller amounts of binder additive.

一方、近年、リチウムイオン二次電池の高容量化を背景に、負極活物質としてシリコン系活物質の使用が検討されている。シリコン系活物質を負極活物質として用いると、リチウムイオン二次電池の放電容量の大幅な向上が期待できる。 On the other hand, in recent years, with the increasing capacity of lithium-ion secondary batteries, the use of silicon-based active materials as negative electrode active materials is being considered. Using silicon-based active materials as negative electrode active materials is expected to significantly improve the discharge capacity of lithium-ion secondary batteries.

このような状況の下、本発明の実施形態は、サイクル特性に優れるエネルギーデバイスの電極を製造できる電極形成用材料及び電極合剤を提供することを課題とする。また、本発明の実施形態は、サイクル特性に優れるエネルギーデバイスを製造できる電極を提供することを課題とする。さらに、本発明の実施形態は、サイクル特性に優れるエネルギーデバイスを提供することを課題とする。 Under these circumstances, embodiments of the present invention aim to provide an electrode-forming material and an electrode mixture capable of manufacturing electrodes for energy devices with excellent cycle characteristics. Furthermore, embodiments of the present invention aim to provide electrodes capable of manufacturing energy devices with excellent cycle characteristics. Moreover, embodiments of the present invention aim to provide energy devices with excellent cycle characteristics.

本発明の実施形態の例を以下に列挙する。本発明は以下の実施形態に限定されない。
(1)ポリアミドイミドを含有し、シリコン系活物質と炭素系活物質とを含む活物質を含有する電極を形成するために用いられる、電極形成用材料。
(2)前記ポリアミドイミドの数平均分子量が、3,000~100,000である、上記(1)に記載の電極形成用材料。
(3)前記シリコン系活物質の含有量が、前記活物質の質量を基準として、10~50質量%である電極の形成に用いられる、上記(1)又は(2)に記載の電極形成用材料。
Examples of embodiments of the present invention are listed below. The present invention is not limited to the following embodiments.
(1) An electrode forming material that contains polyamide-imide and is used to form an electrode containing an active material comprising a silicon-based active material and a carbon-based active material.
(2) The electrode-forming material according to (1) above, wherein the number-average molecular weight of the polyamide-imide is 3,000 to 100,000.
(3) The electrode forming material according to (1) or (2) above, wherein the content of the silicon-based active material is 10 to 50% by mass, based on the mass of the active material.

(4)上記(1)~(3)のいずれか1項に記載の電極形成用材料と、シリコン系活物質及び炭素系活物質を含む活物質とを含有する、電極合剤。
(5)前記シリコン系活物質の含有量が、前記活物質の質量を基準として、10~50質量%である、上記(4)に記載の電極合剤。
(4) An electrode mixture containing the electrode forming material described in any one of the above items (1) to (3), and an active material including a silicon-based active material and a carbon-based active material.
(5) The electrode mixture according to (4) above, wherein the content of the silicon-based active material is 10 to 50% by mass, based on the mass of the active material.

(6)集電体と、前記集電体の表面の少なくとも一部に上記(4)又は(5)に記載の電極合剤を用いて形成された電極合剤層とを有する、エネルギーデバイス用電極。
(7)正極と負極とを有し、前記正極及び前記負極の少なくとも一方が、上記(6)に記載のエネルギーデバイス用電極を含む、エネルギーデバイス。
(6) An electrode for an energy device, comprising a current collector and an electrode mixture layer formed on at least a portion of the surface of the current collector using the electrode mixture described in (4) or (5) above.
(7) An energy device having a positive electrode and a negative electrode, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode includes an electrode for an energy device as described in (6) above.

本発明の実施形態によれば、サイクル特性に優れるエネルギーデバイスの電極を製造可能な電極形成用材料及び電極合剤を提供することができる。また、本発明の実施形態によれば、サイクル特性に優れるエネルギーデバイスを製造可能な電極を提供することができる。さらに、本発明の実施形態によれば、サイクル特性に優れるエネルギーデバイスを提供することができる。 According to embodiments of the present invention, it is possible to provide an electrode-forming material and an electrode mixture capable of manufacturing electrodes for energy devices with excellent cycle characteristics. Furthermore, according to embodiments of the present invention, it is possible to provide electrodes capable of manufacturing energy devices with excellent cycle characteristics. Moreover, according to embodiments of the present invention, it is possible to provide energy devices with excellent cycle characteristics.

本発明の実施形態について説明する。本発明は以下の実施形態に限定されない。 Embodiments of the present invention will now be described. The present invention is not limited to the following embodiments.

<電極形成用材料>
本発明の実施形態である電極形成用材料は、シリコン系活物質と炭素系活物質とを含む活物質を含有する電極の形成に使用される。電極形成用材料は、ポリアミドイミドを少なくとも含有する。
<Material for electrode formation>
An electrode-forming material according to an embodiment of the present invention is used to form an electrode containing an active material comprising a silicon-based active material and a carbon-based active material. The electrode-forming material contains at least polyamide-imide.

シリコン系活物質として、ケイ素含有合金、ケイ素酸化物等が知られている。シリコン系活物質を用いるリチウムイオン二次電池は、放電容量の大幅な向上が期待できる一方で、十分に良好なサイクル特性が得られにくいという傾向があった。推定される原因の一つとして、シリコン系活物質は充放電に伴う体積の膨張収縮が大きいために、活物質間又は活物質と集電体間の十分な密着性が得られない場合があり、活物質の電極からの脱離、電極の変形又は割れ等が生じることが挙げられる。さらに、他の原因として、充放電時に活物質の表面に形成される保護皮膜(以下、「SEI」(Solid Electrolyte Interphase、SEI)ということがある。)の割れ、剥離等が生じて活性面が形成される場合があり、電解液の分解が進行することが挙げられる。 Silicon-based active materials include silicon-containing alloys and silicon oxides. While lithium-ion secondary batteries using silicon-based active materials offer the potential for significantly improved discharge capacity, they tend to have difficulty achieving sufficiently good cycle characteristics. One possible reason is that the large volume expansion and contraction of silicon-based active materials during charging and discharging can prevent sufficient adhesion between active materials or between active materials and current collectors, leading to detachment of the active material from the electrodes, electrode deformation, or cracking. Furthermore, another possible cause is that cracking or peeling of the protective film (hereinafter sometimes referred to as "SEI" (Solid Electrolyte Interphase)) formed on the surface of the active material during charging and discharging can occur, forming an active surface and leading to the decomposition of the electrolyte.

上記を解決する方策として、充放電による体積の膨張収縮が生じても活物質間又は活物質と集電体間の十分な密着性が確保され、かつSEIの割れ等を十分に抑制できるバインダーを用いることが考えられる。本発明の実施形態においては、電極形成用材料は、このようなバインダーとしてポリアミドイミドを含有する。 As a solution to the above, it is conceivable to use a binder that ensures sufficient adhesion between active materials or between active materials and current collectors even when volume expansion and contraction occurs due to charging and discharging, and that can sufficiently suppress cracking of the SEI (Single Interconnected Insulator). In the embodiment of the present invention, the electrode forming material contains polyamide-imide as such a binder.

ポリアミドイミドは、分子内にアミド結合とイミド結合とを持つポリマーである。ポリアミドイミドは、少なくとも、トリカルボン酸無水物又はその誘導体(以下、「酸成分」ということがある)とジイソシアネート化合物及び/又はジアミン化合物とを反応させて得られる。他の任意の化合物を反応させてもよい。反応には、各原料化合物を、それぞれ1種のみ使用しても、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Polyamide-imides are polymers containing both amide and imide bonds within their molecules. Polyamide-imides are obtained by reacting at least a tricarboxylic acid anhydride or its derivative (hereinafter sometimes referred to as the "acid component") with a diisocyanate compound and/or a diamine compound. Other arbitrary compounds may also be reacted. The reaction may use only one of each starting compound, or a combination of two or more.

酸成分としては、イソシアネート基又はアミノ基と反応する酸無水物基を有する3価のカルボン酸であれば、その誘導体を含め特に制限はない。耐熱性を考慮すると芳香環基を有する化合物が好ましい。トリカルボン酸無水物として、例えば、下記式(I)又は(II)で示される化合物が挙げられる。耐熱性、コスト面等を考慮すれば、酸成分は、トリメリット酸無水物を含むことが特に好ましい。酸成分は、目的に応じて単独で又は混合して用いられる。 The acid component is not particularly limited, including derivatives thereof, as long as it is a trivalent carboxylic acid having an acid anhydride group that reacts with an isocyanate group or an amino group. Considering heat resistance, compounds having an aromatic ring group are preferred. Examples of tricarboxylic acid anhydrides include compounds represented by the following formulas (I) or (II). Considering heat resistance, cost, etc., it is particularly preferable that the acid component includes trimellitic anhydride. The acid components are used individually or in mixtures depending on the purpose.

Yは、-CH-、-CO-、-SO-、又は-O-を示す。 Y represents -CH₂- , -CO-, -SO₂- , or -O-.

酸成分は、必要に応じてテトラカルボン酸無水物を含んでよい。テトラカルボン酸無水物として、例えば、テトラカルボン酸二無水物(ピロメリット酸二無水物、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、1,2,5,6-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5,6-ピリジンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸二無水物、4,4′-スルホニルジフタル酸二無水物、m-ターフェニル-3,3′,4,4′-テトラカルボン酸二無水物、4,4′-オキシジフタル酸二無水物、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2,2-ビス(2,3-又は3,4-ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2-ビス(2,3-又は3,4-ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2-ビス[4-(2,3-又は3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2,2-ビス[4-(2,3-又は3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物、1,3-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン二無水物、ブタンテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ-[2,2,2]-オクト-7-エン-2:3:5:6-テトラカルボン酸二無水物等)等が挙げられる。 The acidic component may include tetracarboxylic anhydrides as needed. Examples of tetracarboxylic anhydrides include tetracarboxylic dianhydrides (pyromellitic dianhydride, 3,3',4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 2,3,5,6-pyridinetetracarboxylic dianhydride, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride, 4,4'-sulfonyl diphthalic dianhydride, m-terphenyl-3,3',4,4'-tetracarboxylic dianhydride, 4,4'-oxydiphthalic dianhydride, 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2,2 Examples include -bis(2,3- or 3,4-dicarboxyphenyl)propane dianhydride, 2,2-bis(2,3- or 3,4-dicarboxyphenyl)propane dianhydride, 2,2-bis[4-(2,3- or 3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl]propane dianhydride, 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2,2-bis[4-(2,3- or 3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl]propane dianhydride, 1,3-bis(3,4-dicarboxyphenyl)-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane dianhydride, butanetetracarboxylic acid dianhydride, bicyclo-[2,2,2]-octo-7-ene-2:3:5:6-tetracarboxylic acid dianhydride, etc.

ジイソシアネート化合物及び/又はジアミン化合物としては、下記式(III)、(IV)、又は(V)で示される化合物が挙げられる。ジイソシアネート化合物及び/又はジアミン化合物は、目的に応じて単独で又は混合して用いられる。 Examples of diisocyanate compounds and/or diamine compounds include those represented by the following formulas (III), (IV), or (V). Diisocyanate compounds and/or diamine compounds are used individually or in combination, depending on the purpose.

これらの式中、Rは、水素原子、アルキル基、ヒドロキシル基、又はアルコキシ基であり、Rは、イソシアネート基又はアミノ基である。ここで、Rであるアルキル基及びアルコキシ基は、炭素数が1~20であることが好ましい。 In these formulas, R2 is a hydrogen atom, an alkyl group, a hydroxyl group, or an alkoxy group, and R3 is an isocyanate group or an amino group. Here, the alkyl group and alkoxy group that is R2 preferably have 1 to 20 carbon atoms.

式(III)、(IV)又は(V)で示される化合物として、例えば、4,4′-ジイソシアナトジフェニルメタン、4,4′-ジイソシアナトビフェニル、3,3′-ジイソシアナトビフェニル、3,4′-ジイソシアナトビフェニル、4,4′-ジイソシアナト-3,3′-ジメチルビフェニル、4,4′-ジイソシアナト-2,2′-ジメチルビフェニル、4,4′-ジイソシアナト-3,3′-ジエチルビフェニル、4,4′-ジイソシアナト-2,2′-ジエチルビフェニル、4,4′-ジイソシアナト-3,3′-ジメトキシビフェニル、4,4′-ジイソシアナト-2,2′-ジメトキシビフェニル、1,5-ジイソシアナトナフタレン、2,6-ジイソシアナトナフタレン、4,4′-ジアミノジフェニルメタン、4,4′-ジアミノビフェニル、3,3′-ジアミノビフェニル、3,4′-ジアミノビフェニル、4,4′-ジアミノ-3,3′-ジメチルビフェニル、4,4′-ジアミノ-2,2′-ジメチルビフェニル、4,4′-ジアミノ-3,3′-ジエチルビフェニル、4,4′-ジアミノ-2,2′-ジエチルビフェニル、4,4′-ジアミノ-3,3′-ジメトキシビフェニル、4,4′-ジアミノ-2,2′-ジメトキシビフェニル、1,5-ジアミノナフタレン、2,6-ジアミノナフタレン等が挙げられる。 Examples of compounds represented by formulas (III), (IV), or (V) include 4,4'-diisocyanatodiphenylmethane, 4,4'-diisocyanatobiphenyl, 3,3'-diisocyanatobiphenyl, 3,4'-diisocyanatobiphenyl, 4,4'-diisocyanato-3,3'-dimethylbiphenyl, 4,4'-diisocyanato-2,2'-dimethylbiphenyl, 4,4'-diisocyanato-3,3'-diethylbiphenyl, 4,4'-diisocyanato-2,2'-diethylbiphenyl, 4,4'-diisocyanato-3,3'-dimethoxybiphenyl, 4,4'-diisocyanato-2,2'-dimethoxybiphenyl, 1,5 Examples include -diisocyanatonaphthalene, 2,6-diisocyanatonaphthalene, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminobiphenyl, 3,3'-diaminobiphenyl, 3,4'-diaminobiphenyl, 4,4'-diamino-3,3'-dimethylbiphenyl, 4,4'-diamino-2,2'-dimethylbiphenyl, 4,4'-diamino-3,3'-diethylbiphenyl, 4,4'-diamino-2,2'-diethylbiphenyl, 4,4'-diamino-3,3'-dimethoxybiphenyl, 4,4'-diamino-2,2'-dimethoxybiphenyl, 1,5-diaminonaphthalene, 2,6-diaminonaphthalene, etc.

ジイソシアネート化合物及び/又はジアミン化合物として、式(III)、(IV)又は(V)で示される化合物以外の、その他の芳香族ジイソシアネート化合物又は芳香族ジアミン化合物を使用することができる。その他の芳香族ジイソシアネート化合物又は芳香族ジアミン化合物としては、例えば、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、4,4′-ジイソシアナトジフェニルエーテル、2,2-ビス[4-(4′-イソシアナトフェノキシ)フェニル]プロパン、トリレンジアミン、キシリレンジアミン、4,4′-ジアミノジフェニルエーテル、2,2-ビス[4-(4′-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン等が挙げられる。 Other aromatic diisocyanate compounds or aromatic diamine compounds other than those represented by formulas (III), (IV), or (V) can be used as the diisocyanate compound and/or diamine compound. Examples of other aromatic diisocyanate compounds or aromatic diamine compounds include tolylene diisocyanate, xylylene diisocyanate, 4,4'-diisocyanatodiphenyl ether, 2,2-bis[4-(4'-isocyanatophenoxy)phenyl]propane, tolylenediamine, xylylenediamine, 4,4'-diaminodiphenyl ether, and 2,2-bis[4-(4'-aminophenoxy)phenyl]propane.

ジイソシアネート化合物及び/又はジアミン化合物として、脂肪族若しくは脂環式ジイソシアネート化合物、及び/又は、脂肪族若しくは脂環式ジアミン化合物を使用することができる。これらの化合物としては、例えば、ヘキサメチレンジアミン、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジアミン、ジアミノイソホロン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、1,4-ジアミノトランスシクロヘキサン、水添m-キシリレンジアミン、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ジイソシアナトイソホロン、ビス(4-イソシアナトシクロヘキシル)メタン、1,4-ジイソシアナトトランスシクロヘキサン、水添m-キシリレンジイソシアネート等が挙げられる。脂肪族若しくは脂環式ジイソシアネート化合物、及び/又は、脂肪族若しくは脂環式ジアミン化合物を使用するときは、芳香族ジイソシアネート化合物及び/又は芳香族ジアミン化合物を併用することが好ましい。ジイソシアネート化合物及び/又はジアミン化合物全量中のこれらの化合物の含有量は、得られるポリアミドイミドの耐熱性等の観点から、50モル%以下が好ましい。 As the diisocyanate compound and/or diamine compound, aliphatic or alicyclic diisocyanate compounds and/or aliphatic or alicyclic diamine compounds can be used. Examples of these compounds include hexamethylenediamine, 2,2,4-trimethylhexamethylenediamine, diaminoisophorone, bis(4-aminocyclohexyl)methane, 1,4-diaminotranscyclohexane, hydrogenated m-xylylenediamine, hexamethylenediisocyanate, 2,2,4-trimethylhexamethylenediisocyanate, diisocyanatoisophorone, bis(4-isocyanatocyclohexyl)methane, 1,4-diisocyanatotranscyclohexane, and hydrogenated m-xylylenediisocyanate. When using aliphatic or alicyclic diisocyanate compounds and/or aliphatic or alicyclic diamine compounds, it is preferable to use aromatic diisocyanate compounds and/or aromatic diamine compounds in combination. From the viewpoint of the heat resistance of the resulting polyamide-imide, the content of these compounds in the total amount of diisocyanate compounds and/or diamine compounds is preferably 50 mol% or less.

ジイソシアネート化合物及び/又はジアミン化合物は、耐熱性、溶解性、機械特性、コスト面等のバランスを考慮すれば、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネートを含むことが特に好ましい。ジイソシアネート化合物及び/又はジアミン化合物と共に、3官能以上のイソシアネート化合物及び/又はアミン化合物を併用することもできる。 Considering the balance of heat resistance, solubility, mechanical properties, and cost, the diisocyanate compound and/or diamine compound is particularly preferably 4,4'-diphenylmethane diisocyanate. In addition to the diisocyanate compound and/or diamine compound, isocyanate compounds and/or amine compounds with three or more functionalities can also be used in combination.

経日変化を避けるために必要な場合、ブロック剤でイソシアネート基を安定化した化合物を使用してもよい。ブロック剤としてはアルコール、フェノール、オキシム等があるが、特に制限はない。 To avoid changes over time, if necessary, compounds with stabilized isocyanate groups using a blocking agent may be used. Examples of blocking agents include alcohols, phenols, and oximes, but there are no particular restrictions.

酸成分(以下、(a)成分ということがある。)と、ジイソシアネート化合物及び/又はジアミン化合物(以下、(b)成分ということがある)とは、カルボキシル基及び酸無水物基、並びに反応性のヒドロキシル基が存在するときは、それらの官能基の総数に対するイソシアネート基及びアミノ基の総数の比が、好ましくは0.6~1.4、より好ましくは0.7~1.3、更に好ましくは0.8~1.2となるように反応させることが好ましい。この比が0.6以上であるとポリアミドイミドの分子量を高くすることが容易となる傾向がある。この比が1.4以下であると、発泡を伴う反応が激しくなり未反応物の残存量が多くなることを防止し、ポリアミドイミドの良好な安定性が得られやすい傾向がある。 The acid component (hereinafter sometimes referred to as component (a)) and the diisocyanate compound and/or diamine compound (hereinafter sometimes referred to as component (b)) are preferably reacted such that, when carboxyl groups, acid anhydride groups, and reactive hydroxyl groups are present, the ratio of the total number of isocyanate groups and amino groups to the total number of these functional groups is preferably 0.6 to 1.4, more preferably 0.7 to 1.3, and even more preferably 0.8 to 1.2. A ratio of 0.6 or higher tends to facilitate increasing the molecular weight of the polyamide-imide. A ratio of 1.4 or lower tends to prevent vigorous foaming reactions and the resulting large amount of unreacted material, thus making it easier to obtain good stability for the polyamide-imide.

反応時の溶媒の使用量は、(a)成分と(b)成分の合計量100質量部に対して、100~300質量部とすることが好ましく、150~250質量部とすることがより好ましい。溶媒の使用量が100質量部以上であると、発泡を伴う反応を防止しやすい傾向がある。溶媒の使用量が300質量部以下であると、合成時間が長くなりすぎることを防止できる傾向があり、また、合成後に得られる溶液に含まれるポリアミドイミドの濃度が十分となる傾向がある。溶媒としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン、N,N’-ジメチルホルムアミド、γ-ブチロラクトン、N,N’-ジメチルプロピレン尿素〔1,3-ジメチル-3,4,5,6-テトラヒドロピリジミン-2(1H)-オン〕、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、スルホラン等の極性溶媒;キシレン、トルエン等の芳香族炭化水素溶媒;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒などを使用できる。 The amount of solvent used during the reaction is preferably 100 to 300 parts by mass, and more preferably 150 to 250 parts by mass, per 100 parts by mass of the total amount of components (a) and (b). Using 100 parts by mass or more of solvent tends to prevent reactions accompanied by foaming. Using 300 parts by mass or less of solvent tends to prevent the synthesis time from becoming too long, and also tends to result in a sufficient concentration of polyamide-imide in the solution obtained after synthesis. Suitable solvents include, for example, polar solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone, N,N'-dimethylformamide, γ-butyrolactone, N,N'-dimethylpropylene urea [1,3-dimethyl-3,4,5,6-tetrahydropyridimine-2(1H)-one], dimethyl sulfoxide, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, and sulfolane; aromatic hydrocarbon solvents such as xylene and toluene; and ketone solvents such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone.

(a)成分と(b)成分との反応には、反応効率の観点から触媒を使用しても、又は、残留不純物を減少させる観点から触媒を使用しなくてもよい。例えば、フッ化カリウム等のフッ素系触媒を使用しない場合は、フッ素による汚染が防止されるため、電気化学安定性等の特性に優れたポリアミドイミドを得ることができる。 The reaction between component (a) and component (b) may or may not require the use of a catalyst, either from the viewpoint of reaction efficiency or from the viewpoint of reducing residual impurities. For example, if a fluorine-based catalyst such as potassium fluoride is not used, contamination by fluorine is prevented, resulting in a polyamide-imide with excellent properties such as electrochemical stability.

ポリアミドイミドの合成条件は、多様であり、一概に特定できないが、例えば、80~180℃の温度で行うことができる。合成は、空気中の水分の影響を低減するため、窒素等の雰囲気下で行うことが好ましい。 The synthesis conditions for polyamide-imides are diverse and cannot be generalized, but for example, they can be carried out at temperatures of 80 to 180°C. Synthesis is preferably carried out under a nitrogen atmosphere to reduce the influence of moisture in the air.

合成されたポリアミドイミドは、例えば、反応に使用した溶媒に溶解したポリアミドイミド溶液として得られる。 The synthesized polyamide-imide can be obtained, for example, as a polyamide-imide solution dissolved in the solvent used in the reaction.

ポリアミドイミドは、数平均分子量が3,000~100,000であることが好ましい。数平均分子量が3,000以上であると、粘度、強度等の諸特性が向上する傾向がある。ポリアミドイミドの数平均分子量は、5,000以上、8,000以上、15,000以上、又は20,000以上であってよい。数平均分子量が100,000以下であると、集電体との良好な密着性が得られやすい傾向がある。ポリアミドイミドの数平均分子量は、80,000以下、50,000以下、30,000、又は27,000以下であってよい。 The polyamide-imide preferably has a number-average molecular weight of 3,000 to 100,000. A number-average molecular weight of 3,000 or higher tends to improve various properties such as viscosity and strength. The number-average molecular weight of the polyamide-imide may be 5,000 or higher, 8,000 or higher, 15,000 or higher, or 20,000 or higher. A number-average molecular weight of 100,000 or lower tends to easily provide good adhesion to the current collector. The number-average molecular weight of the polyamide-imide may be 80,000 or lower, 50,000 or lower, 30,000, or 27,000 or lower.

ポリアミドイミドは、重量平均分子量が3,000~300,000であることが好ましい。重量平均分子量が3,000以上であると、粘度、強度等の諸特性が向上する傾向がある。ポリアミドイミドの重量平均分子量は、5,000以上、8,000以上、又は20,000以上であってよい。重量平均分子量が300,000以下であると、集電体との良好な密着性が得られやすい傾向がある。ポリアミドイミドの重量平均分子量は、240,000以下、150,000以下、90,000以下、又は80,000以下であってよい。 The polyamide-imide preferably has a weight-average molecular weight of 3,000 to 300,000. A weight-average molecular weight of 3,000 or higher tends to improve various properties such as viscosity and strength. The weight-average molecular weight of the polyamide-imide may be 5,000 or higher, 8,000 or higher, or 20,000 or higher. A weight-average molecular weight of 300,000 or lower tends to easily provide good adhesion to the current collector. The weight-average molecular weight of the polyamide-imide may be 240,000 or lower, 150,000 or lower, 90,000 or lower, or 80,000 or lower.

ポリアミドイミドは、分散度(Mw/Mn)が2.8以下であることが好ましい。分散度が小さいほど優れた特性を有する電極を形成することができる傾向がある。分散度の下限は、1.0以上であってよい。ポリアミドイミドの分散度は、1.1~2.5がより好ましく、1.1~2.3が更に好ましい。 The polyamide-imide preferably has a dispersion degree (Mw/Mn) of 2.8 or less. A lower dispersion degree tends to result in the formation of electrodes with superior properties. The lower limit of the dispersion degree may be 1.0 or higher. A dispersion degree of 1.1 to 2.5 is more preferable, and 1.1 to 2.3 is even more preferable.

ポリアミドイミドの数平均分子量及び重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)により、標準ポリスチレンの検量線を用いて測定することができる。ポリアミドイミドの数平均分子量及び重量平均分子量は、合成時にサンプリングと測定を繰り返して行い、目標の数平均分子量になるまで合成を継続することにより、管理し調整することができる。 The number-average and weight-average molecular weights of polyamideimides can be measured using gel permeation chromatography (GPC) with a calibration curve for standard polystyrene. These values can be controlled and adjusted by repeatedly sampling and measuring during synthesis, continuing the synthesis until the target number-average molecular weight is reached.

ポリアミドイミドは、引張弾性率が1.8GPa以上、2.0GPa以上、2.1GPa以上、2.5GPa以上、2.7GPa以上、又は3.0GPa以上であってよい。引張弾性率が1.8GPa以上であるポリアミドイミドを使用すると、活物質間及び活物質と集電体間の密着性をより向上させることができ、信頼性がより向上する傾向がある。引張弾性率の上限は特に限定されないが、例えば、3.5GPa以下、3.4GPa以下、3.3GPa以下、又は3.0GPa以下である。ポリアミドイミドの引張弾性率は、ポリアミドイミドを使用して形成された膜厚20μmのポリアミドイミド膜を用いて測定する。具体的には、室温にてオートグラフを使用し、実施例に記載の方法に従い測定することができる。 The polyamide-imide may have a tensile modulus of 1.8 GPa or higher, 2.0 GPa or higher, 2.1 GPa or higher, 2.5 GPa or higher, 2.7 GPa or higher, or 3.0 GPa or higher. Using a polyamide-imide with a tensile modulus of 1.8 GPa or higher can further improve adhesion between active materials and between active materials and current collectors, tending to improve reliability. The upper limit of the tensile modulus is not particularly limited, but for example, it may be 3.5 GPa or lower, 3.4 GPa or lower, 3.3 GPa or lower, or 3.0 GPa or lower. The tensile modulus of the polyamide-imide is measured using a 20 μm thick polyamide-imide film formed using the polyamide-imide. Specifically, it can be measured at room temperature using an autograph according to the method described in the examples.

ポリアミドイミドは、引張強度が80MPa以上、90MPa以上、100MPa以上、110MPa以上、又は120MPa以上であってよい。引張強度が80MPa以上である場合、活物質間及び活物質と集電体間の密着性をより向上させることができ、信頼性がより向上する傾向がある。引張強度の上限は特に限定されないが、例えば、150MPa以下、140MPa以下、又は130MPa以下である。ポリアミドイミドの引張強度は、ポリアミドイミドを使用して形成された膜厚20μmのポリアミドイミド膜を用いて測定する。具体的には、オートグラフを使用し、実施例に記載の方法に従い測定することができる。 The polyamide-imide may have a tensile strength of 80 MPa or higher, 90 MPa or higher, 100 MPa or higher, 110 MPa or higher, or 120 MPa or higher. When the tensile strength is 80 MPa or higher, the adhesion between active materials and between active materials and current collectors can be further improved, and reliability tends to be further enhanced. The upper limit of the tensile strength is not particularly limited, but for example, it may be 150 MPa or lower, 140 MPa or lower, or 130 MPa or lower. The tensile strength of the polyamide-imide is measured using a 20 μm thick polyamide-imide film formed using the polyamide-imide. Specifically, it can be measured using an autograph according to the method described in the examples.

電極形成用材料は、ポリアミドイミドを少なくとも含有し、ポリオレフィン、アクリル系ポリマー等の電極用バインダーとして公知の材料を更に含有してもよい。ポリアミドイミドは、シリコン系活物質の体積変化に追従されにくいために電極の変形等を防ぐことができ、かつ、優れた接着性を示すために電極の信頼性を向上させることができる。また、ポリアミドイミドは良好な耐薬品性を有するため、電解液による影響も受けにくい。 The electrode forming material contains at least polyamide-imide and may further contain known electrode binders such as polyolefins and acrylic polymers. Polyamide-imide is less susceptible to volume changes in silicon-based active materials, thus preventing electrode deformation, and exhibits excellent adhesion, improving electrode reliability. Furthermore, polyamide-imide has good chemical resistance, making it less susceptible to the effects of electrolytes.

<電極合剤>
本発明の実施形態である電極合剤は、シリコン系活物質と炭素系活物質とを含む活物質と、前記実施形態の電極形成用材料とを少なくとも含有する。電極合剤は、溶媒を含有するスラリーであってよい。電極合剤は、導電材、添加剤等の任意の成分を含有してもよい。
<Electrode mixture>
An electrode mixture according to an embodiment of the present invention contains at least an active material comprising a silicon-based active material and a carbon-based active material, and the electrode forming material of the above embodiment. The electrode mixture may be a slurry containing a solvent. The electrode mixture may contain any components such as conductive materials and additives.

活物質は、シリコン系活物質と炭素系活物質とを少なくとも含む。シリコン系活物質は、少なくともシリコン(ケイ素)を含有し、例えば、ケイ素含有合金、ケイ素含有酸化物、ケイ素含有窒化物、又はケイ素含有炭化物が挙げられる。ケイ素含有合金として、ケイ素と、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン、及びクロムからなる群より選択される少なくとも1種とを含む合金が挙げられる。ケイ素含有酸化物の具体例としてSiO、SiO、LiSiO等、ケイ素含有窒化物の具体例としてSi、SiO等、ケイ素含有炭化物の例としてSiC等が挙げられる。 The active material comprises at least a silicon-based active material and a carbon-based active material. The silicon-based active material contains at least silicon and includes, for example, silicon-containing alloys, silicon-containing oxides, silicon-containing nitrides, or silicon-containing carbides. Examples of silicon-containing alloys include alloys containing silicon and at least one selected from the group consisting of tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony, and chromium. Specific examples of silicon-containing oxides include SiO, SiO₂ , LiSiO , etc., specific examples of silicon-containing nitrides include Si₃N₄ , Si₂N₂O , etc., and examples of silicon-containing carbides include SiC , etc.

炭素系活物質は、炭素材料であってよく、例えば、非晶質炭素材料、天然黒鉛、天然黒鉛に非晶質炭素材料の被膜を形成した複合炭素材料、人造黒鉛(エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の樹脂原料、又は、石油、石炭等から得られるピッチ系原料を焼成して得られる黒鉛)などが挙げられる。炭素系活物質は、天然黒鉛、及び/又は、人造黒鉛を含むことが好ましい。 The carbon-based active material may be a carbon material, such as amorphous carbon material, natural graphite, composite carbon material obtained by forming an amorphous carbon material coating on natural graphite, or artificial graphite (graphite obtained by calcining resin raw materials such as epoxy resin or phenolic resin, or pitch-based raw materials obtained from petroleum, coal, etc.). It is preferable that the carbon-based active material contains natural graphite and/or artificial graphite.

シリコン系活物質の含有量は、活物質の質量を基準として、10質量%以上であることが好ましい。シリコン系活物質の含有量が10質量%以上である場合、放電容量をより大きくすることができる傾向がある。シリコン系活物質の含有量は、15質量%以上、20質量%以上、25質量%以上、又は30質量%以上であってよい。シリコン系活物質の含有量は、活物質の質量を基準として、100質量%未満であってよい。活物質が炭素系活物質を含むことによって、サイクル特定の低下を防止することができ、かつ、取り扱い性に優れる傾向がある。シリコン系活物質の含有量は、80質量%以下、70質量%以下、50質量%以下、45質量%以下、40質量%以下、35質量%以下、又は30質量%以下であってよい。 The silicon-based active material content is preferably 10% by mass or more, based on the mass of the active material. When the silicon-based active material content is 10% by mass or more, there is a tendency to be able to increase the discharge capacity. The silicon-based active material content may be 15% by mass or more, 20% by mass or more, 25% by mass or more, or 30% by mass or more. The silicon-based active material content may be less than 100% by mass, based on the mass of the active material. Including a carbon-based active material in the active material can prevent cycle-specific degradation and tends to improve handling. The silicon-based active material content may be 80% by mass or less, 70% by mass or less, 50% by mass or less, 45% by mass or less, 40% by mass or less, 35% by mass or less, or 30% by mass or less.

溶媒としては、例えば、ポリアミドイミドの合成に使用できる溶媒として例示した溶媒が挙げられる。ポリアミドイミドの合成に使用した溶媒と、電極合剤に含まれる溶媒とが同じであってもよい。活物質の含有量は、電極合剤に含まれる溶媒以外の成分の合計質量を基準として、80質量%以上であることが好ましい。活物質の含有量が80質量%以上である場合、放電容量がより向上する傾向がある。活物質の含有量は、85質量%以上、88質量%以上、90質量%以上、93質量%以上、又は95質量%以上であってよい。バインダーの含有量を考慮すると、活物質の含有量は、電極合剤に含まれる溶媒以外の成分の合計質量を基準として、例えば、99質量%以下、98質量%以下、97質量%以下、96質量%以下、又は95質量%以下であってよい。 Examples of solvents include those exemplified as solvents usable in the synthesis of polyamide-imides. The solvent used in the synthesis of polyamide-imides may be the same as the solvent contained in the electrode mixture. The active material content is preferably 80% by mass or more, based on the total mass of components other than the solvent contained in the electrode mixture. When the active material content is 80% by mass or more, the discharge capacity tends to improve further. The active material content may be 85% by mass or more, 88% by mass or more, 90% by mass or more, 93% by mass or more, or 95% by mass or more. Considering the binder content, the active material content may be, for example, 99% by mass or less, 98% by mass or less, 97% by mass or less, 96% by mass or less, or 95% by mass or less, based on the total mass of components other than the solvent contained in the electrode mixture.

導電材として、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブなどの炭素材料が挙げられる。活物質としては、活物質として機能し得る材料、例えば、リチウムイオン等の電解質を吸蔵及び放出し得る構造を持つ材料を選択して使用することができるのに対し、導電材としては、活物質として機能し得ない材料、例えば、リチウムイオン等の電解質を吸蔵及び放出し得る構造を持たない材料を選択して使用することができる。電極合剤が導電材を含有する場合、導電材の含有量は、電極合剤に含まれる溶媒以外の成分の合計質量を基準として、例えば、0.01質量%以上、0.1質量%以上、又は1質量%以上であってよい。導電材の含有量は、電極合剤に含まれる溶媒以外の成分の合計質量を基準として、例えば、50質量%以下、30質量%以下、又は15質量%以下であってよい。 Examples of conductive materials include carbon black such as acetylene black and Ketjenblack, graphite, graphene, and carbon nanotubes. As the active material, materials capable of functioning as an active material, such as materials with a structure capable of intercalating and releasing electrolytes such as lithium ions, can be selected and used. Conversely, as the conductive material, materials that cannot function as an active material, such as materials without a structure capable of intercalating and releasing electrolytes such as lithium ions, can be selected and used. When the electrode mixture contains a conductive material, the content of the conductive material may be, for example, 0.01% by mass or more, 0.1% by mass or more, or 1% by mass or more, based on the total mass of components other than the solvent contained in the electrode mixture. The content of the conductive material may also be, for example, 50% by mass or less, 30% by mass or less, or 15% by mass or less, based on the total mass of components other than the solvent contained in the electrode mixture.

<エネルギーデバイス用電極>
本発明の実施形態であるエネルギーデバイス用電極は、集電体と、集電体の表面の少なくとも一部に形成された電極合剤層とを少なくとも有する。電極合剤層は、前記実施形態の電極合剤を用いて形成できる。
<Electrodes for energy devices>
An electrode for an energy device according to an embodiment of the present invention comprises at least a current collector and an electrode mixture layer formed on at least a portion of the surface of the current collector. The electrode mixture layer can be formed using the electrode mixture of the above embodiment.

集電体の材質としては、銅、ステンレス、ニッケル、アルミニウム、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、アルミニウム-カドミウム合金等が挙げられる。集電体の表面には、接着性、導電性、耐還元性を向上させる観点から、カーボン、ニッケル、チタン、銀等で処理が施されていてもよい。集電体の形状として、板、フィルム等が挙げられる。 Examples of current collector materials include copper, stainless steel, nickel, aluminum, titanium, calcined carbon, conductive polymers, conductive glass, and aluminum-cadmium alloys. The surface of the current collector may be treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc., to improve adhesion, conductivity, and reduction resistance. Examples of current collector shapes include plates and films.

集電体が板又はフィルムの形状である場合、電極は、集電体と、集電体の一方の面、又は、両方の面に形成された電極合剤層とを少なくとも有する。電極合剤層は、例えば、次の方法に従って形成することができる。まず、シリコン系活物質と炭素系活物質とを含む活物質と、電極形成用材料と、溶媒とを少なくとも混合し、電極合剤を調製する。次いで、電極合剤を集電体の少なくとも一方の面に、塗布し、塗膜を形成する。その後、塗膜に含まれる溶媒を揮発させる。溶媒を揮発させた後、塗膜を圧縮成形する。塗布方法の例として、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法、転写ロール法等が挙げられる。圧縮成形方法の例として、ロールプレスする方法が挙げられる。 When the current collector is in the form of a plate or film, the electrode comprises at least the current collector and an electrode mixture layer formed on one or both surfaces of the current collector. The electrode mixture layer can be formed, for example, by the following method: First, an electrode mixture is prepared by mixing at least an active material containing a silicon-based active material and a carbon-based active material, an electrode-forming material, and a solvent. Next, the electrode mixture is applied to at least one surface of the current collector to form a coating film. Then, the solvent contained in the coating film is evaporated. After the solvent has evaporated, the coating film is compression-molded. Examples of application methods include the doctor blade method, dipping method, spray method, and transfer roll method. An example of a compression molding method is the roll press method.

圧縮成形は、塗膜を加熱しながら行うことができる。室温下又は加熱下で圧縮成形を行った後に、塗膜を加熱してもよい。加熱温度は、例えば、200℃以上、250℃以上、又は260℃以上であってよい。加熱温度は、300℃以下、290℃以下、又は280℃以下であってよい。前記実施形態の電極形成用材料を使用することによって、加熱温度が低い場合であっても、活物質間及び活物質と集電体間の密着性が良好な電極合剤層を形成することができる。例えば、加熱温度は、バインダーとしてポリイミドを使用する場合と比べ30~100℃程度、低くできる。 Compression molding can be performed while heating the coating film. Compression molding may be performed at room temperature or under heating, and then the coating film may be heated afterward. The heating temperature may be, for example, 200°C or higher, 250°C or higher, or 260°C or higher. The heating temperature may also be 300°C or lower, 290°C or lower, or 280°C or lower. By using the electrode-forming material of the above embodiment, an electrode mixture layer with good adhesion between active materials and between active materials and current collectors can be formed even at low heating temperatures. For example, the heating temperature can be reduced by approximately 30 to 100°C compared to when polyimide is used as the binder.

<エネルギーデバイス>
本発明の実施形態であるエネルギーデバイスは、正極と負極とを有し、正極及び負極の少なくとも一方が、前記実施形態のエネルギーデバイス用電極を含む。エネルギーデバイスとして、例えば、非水電解液二次電池、キャパシタ等が挙げられる。非水電解液二次電池は、好ましくはリチウムイオン二次電池である。
<Energy Devices>
An energy device according to an embodiment of the present invention has a positive electrode and a negative electrode, and at least one of the positive electrode and the negative electrode includes an electrode for the energy device according to the embodiment. Examples of energy devices include non-aqueous electrolyte secondary batteries and capacitors. The non-aqueous electrolyte secondary battery is preferably a lithium-ion secondary battery.

非水電解液二次電池は、例えば、正極、負極、及びセパレータを含む電極群と、電極群を収容する電池外装体とを備える。電池外装体内には、電解液が充填されている。非水電解液二次電池は、いわゆるラミネート型の形状の電池であっても、又はラミネート型以外の形状の電池(コイン型、円筒型、積層型等)であってもよい。 A non-aqueous electrolyte secondary battery comprises, for example, an electrode group including a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and a battery casing that houses the electrode group. The battery casing is filled with an electrolyte. A non-aqueous electrolyte secondary battery may be a so-called laminated type battery, or a battery of a different shape (coin type, cylindrical type, stacked type, etc.).

セパレータとしては、例えば、ポリエチレン不織布、ポリプロピレン不織布、ポリアミド不織布及びこれらに親水性処理を施した不織布が挙げられるが、特にこれらに限定されない。電池外装体としては、例えば、ラミネートフィルムで形成された容器であってよい。ラミネートフィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PETフィルム等の樹脂フィルムと、アルミニウム、銅、ステンレス鋼等の金属箔と、ポリプロピレン等のシーラント層とがこの順で積層された積層フィルムが挙げられる。 Examples of separators include, but are not limited to, polyethylene nonwoven fabric, polypropylene nonwoven fabric, polyamide nonwoven fabric, and nonwoven fabrics treated with a hydrophilic coating. The battery casing may be, for example, a container formed from a laminate film. Examples of laminate films include a laminated film in which a resin film such as polyethylene terephthalate (PET film), a metal foil such as aluminum, copper, or stainless steel, and a sealant layer such as polypropylene are laminated in that order.

電解液は、例えば、電解質塩と非水溶媒とを含有する。電解質塩は、リチウム塩であってよい。リチウム塩の例として、LiPF、LiBF、LiClO、LiB(C、LiCHSO、CFSOOLi、LiN(SOF)(Li[FSI]、リチウムビスフルオロスルホニルイミド)、LiN(SOCF(Li[TFSI]、リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド)、及びLiN(SOCFCF)2からなる群より選ばれる少なくとも1種であってよい。非水溶媒は、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、γ-ブチロラクトン、アセトニトリル、1,2-ジメトキシエタン、ジメトキシメタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、塩化メチレン、酢酸メチル等であってよい。電解液は、ビニレンカーボネート等の添加物を含有してよい。 The electrolyte contains, for example, an electrolyte salt and a non-aqueous solvent. The electrolyte salt may be a lithium salt. Examples of lithium salts include at least one selected from the group consisting of LiPF₂₆ , LiBF₄ , LiClO₄ , LiB( C₆H₅ ) , LiCH₃SO₃ , CF₃SO₂OLi , LiN( SO₂F ) (Li[FSI], lithium bisfluorosulfonyliimide), LiN( SO₂CF₃ ) (Li[TFSI], lithium bistrifluoromethanesulfonyliimide ), and LiN( SO₂CF₂CF₃ ) . The non-aqueous solvent may be, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, γ-butyrolactone, acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, dimethoxymethane, tetrahydrofuran, dioxolane, methylene chloride, methyl acetate, etc. The electrolyte may contain additives such as vinylene carbonate.

エネルギーデバイスは、正極及び負極の少なくとも一方として、前記実施形態のエネルギーデバイス用電極を含む。好ましくは、少なくとも負極が、前記実施形態のエネルギーデバイス用電極である。エネルギーデバイスが、前記実施形態のエネルギーデバイス用電極以外の電極を含む場合、該電極は、エネルギーデバイスの分野で使用される一般的な電極であってよい。例えば、一般的な正極は、集電体と、集電体の表面の少なくとも一部に形成された正極合剤層とを少なくとも有する。正極合剤層は、正極活物質とバインダーとを少なくとも含有し、導電材等を更に含有してもよい。 The energy device includes the energy device electrode of the embodiment as at least one of the positive and negative electrodes. Preferably, at least the negative electrode is the energy device electrode of the embodiment. If the energy device includes an electrode other than the energy device electrode of the embodiment, the electrode may be a general electrode used in the field of energy devices. For example, a general positive electrode has at least a current collector and a positive electrode mixture layer formed on at least a portion of the surface of the current collector. The positive electrode mixture layer contains at least a positive electrode active material and a binder, and may further contain conductive materials, etc.

正極活物質は、例えば、ニッケルコバルトマンガン酸化物(NCM)、二酸化コバルトリチウム(LCO)、ニッケルコバルトアルミニウム酸化物(NCA)、リチウムマンガン酸化物(LMO)等であってよい。集電体及び導電材としては、例えば、前記実施形態のエネルギーデバイス用電極において例示した集電体及び導電材が挙げられる。 The positive electrode active material may be, for example, nickel cobalt manganese oxide (NCM), lithium cobalt dioxide (LCO), nickel cobalt aluminum oxide (NCA), lithium manganese oxide (LMO), etc. Examples of the current collector and conductive material include the current collector and conductive material exemplified in the electrode for the energy device of the above embodiment.

以下、本発明を実施例により詳細に説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

<実施例1>
(電極形成用材料(ポリアミドイミド樹脂)の調製)
無水トリメリット酸120.0g、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート158.0g、及びN-メチル-2-ピロリドン(NMP)525.3gを、温度計、撹拌機、及び冷却管を備えたフラスコに入れ、乾燥させた窒素気流中で撹拌しながら、2時間かけて徐々に130℃まで昇温した。反応により生じる炭酸ガスの急激な発泡に注意しながら、130℃に保持し、そのまま6時間加熱を続けた後、反応を停止させ、ポリアミドイミド溶液を得た。
<Example 1>
(Preparation of electrode-forming material (polyamide-imide resin))
120.0 g of trimellitic anhydride, 158.0 g of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, and 525.3 g of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) were placed in a flask equipped with a thermometer, stirrer, and condenser, and the temperature was gradually raised to 130°C over 2 hours while stirring in a dry nitrogen stream. While paying attention to the rapid effervescence of carbon dioxide gas produced by the reaction, the temperature was maintained at 130°C and heating was continued for 6 hours, after which the reaction was stopped to obtain a polyamide-imide solution.

得られたポリアミドイミド溶液の不揮発分(200℃-2h)は31.8質量%で、粘度(25℃)は5.0Pa・sであった。また、ポリアミドイミドの数平均分子量は18,000であった。数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)により、標準ポリスチレンの検量線を用い、次の条件にて測定した。 The non-volatile content (at 200°C - 2h) of the obtained polyamide-imide solution was 31.8% by mass, and the viscosity (at 25°C) was 5.0 Pa·s. The number-average molecular weight of the polyamide-imide was 18,000. The number-average molecular weight was measured by gel permeation chromatography (GPC) using a calibration curve for standard polystyrene under the following conditions.

機種:株式会社日立製作所製 商品名:L6000
検出器:株式会社日立製作所製 商品名:L4000型UV
波長:270nm
データ処理機:ATT 8
カラム:日立化成株式会社製 商品名:Gelpack GL-S300MDT-5×2
カラムサイズ:直径8mm×300mm
溶媒:DMF/THF=1/1(リットル)+リン酸0.06M+臭化リチウム0.06M 試料濃度:5mg/1ml
注入量:5μl
圧力:4.8×106Pa(49kgf/cm
流量:1.0ml/min
Model: Hitachi, Ltd. Product Name: L6000
Detector: Hitachi, Ltd. Product name: L4000 UV
Wavelength: 270nm
Data processing machine: ATT 8
Columns: Manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd. Product name: Gelpack GL-S300MDT-5 x 2
Column size: 8 mm diameter x 300 mm
Solvent: DMF/THF = 1/1 (liter) + 0.06 M phosphoric acid + 0.06 M lithium bromide. Sample concentration: 5 mg/1 ml
Injection volume: 5μl
Pressure: 4.8 × 10⁶ Pa (49 kgf/ cm² )
Flow rate: 1.0ml/min

得られたポリアミドイミド溶液をガラス基材に塗布して塗膜を形成した。80℃、30分間の条件で加熱して塗膜を乾燥させた後、270℃、30分間の条件で加熱して膜厚が20μmのポリアミドイミド膜を作製した。ガラス基材からポリアミドイミド膜を剥離し、長さ60mm、幅10mmの短冊状の試験片を切り出した。得られた試験片の引張試験をオートグラフ(株式会社島津製作所製「AGS-5kNG」)を用いて室温において行い、機械的特性(引張強度、弾性率)を求めた。引張試験は、チャック間距離20mm、引張速度5m/分の条件で行った。引張強度は116MPa、引張弾性率は2.1GPaであった。 The obtained polyamide-imide solution was applied to a glass substrate to form a coating. After drying the coating by heating at 80°C for 30 minutes, a polyamide-imide film with a thickness of 20 μm was prepared by heating at 270°C for 30 minutes. The polyamide-imide film was peeled from the glass substrate, and strip-shaped test pieces measuring 60 mm in length and 10 mm in width were cut out. Tensile tests were performed on the obtained test pieces at room temperature using an Autograph (AGS-5kNG, Shimadzu Corporation) to determine the mechanical properties (tensile strength and modulus of elasticity). The tensile tests were performed with a chuck distance of 20 mm and a tensile speed of 5 m/min. The tensile strength was 116 MPa, and the tensile modulus of elasticity was 2.1 GPa.

(負極の作製)
負極活物質としてシリコン系活物質(Si合金)と炭素系活物質(黒鉛、日立化成株式会社製「SMGYM2」)とを使用した。負極活物質と、上記で得た電極形成用材料とNMPを含む溶液(ポリアミドイミド溶液)とを、容量密度が600mAh/kgとなるよう固形分の比率(炭素系活物質:シリコン系活物質:ポリアミドイミド)が66.5質量%:28.5質量%:5.00質量%となるように混合し、更に粘度の調整のためにNMPを加えて、スラリー状の負極合剤を得た。得られた負極合剤を集電体(金属箔(Cu、10μm))の片面に実質的に均等かつ均質に塗布した。その後、塗膜に乾燥処理を施し、プレスにより圧縮成形した後、270℃で30分にわたり加熱して硬化処理を行い、負極を得た。
(Fabrication of the negative electrode)
A silicon-based active material (Si alloy) and a carbon-based active material (graphite, "SMGYM2" manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) were used as the negative electrode active material. The negative electrode active material and a solution (polyamide-imide solution) containing the electrode forming material and NMP obtained above were mixed so that the solid content ratio (carbon-based active material: silicon-based active material: polyamide-imide) was 66.5 mass%: 28.5 mass%: 5.00 mass% so that the capacity density was 600 mAh/kg. NMP was further added to adjust the viscosity to obtain a slurry-like negative electrode mixture. The obtained negative electrode mixture was applied substantially evenly and homogeneously to one side of a current collector (metal foil (Cu, 10 μm)). After that, the coating film was dried, compressed and molded by pressing, and then cured by heating at 270°C for 30 minutes to obtain the negative electrode.

(電池の作製及び評価)
正極活物質としてNCM111(ニッケルコバルトマンガン酸化物、BASF戸田バッテリーマテリアルズ合同会社製)を含有する正極合剤層と、集電体(金属箔(Al、15μm))とを有する正極を得た。この正極と上記で得た負極とを使用し、電解液(エチレンカーボネート(EC)/エチルメチルカーボネート(EMC)(1vol/2vol)+ビニレンカーボネート(VC)(1wt%))を含む電池を作製した。電池の充放電サイクル特性を測定したところ、100サイクル後の容量維持率は83.2%であった。
(Battery fabrication and evaluation)
A positive electrode was obtained having a positive electrode mixture layer containing NCM111 (nickel cobalt manganese oxide, manufactured by BASF Toda Battery Materials LLC) as the positive electrode active material, and a current collector (metal foil (Al, 15 μm)). Using this positive electrode and the negative electrode obtained above, a battery containing an electrolyte (ethylene carbonate (EC)/ethyl methyl carbonate (EMC) (1 vol/2 vol) + vinylene carbonate (VC) (1 wt%)) was fabricated. When the charge-discharge cycle characteristics of the battery were measured, the capacity retention rate after 100 cycles was 83.2%.

<実施例2>
(電極形成用材料(ポリアミドイミド樹脂)の調製)
無水トリメリット酸134.5g、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート176.9g、及びN-メチル-2-ピロリドン586.9gを、温度計、撹拌機、及び冷却管を備えたフラスコに入れ、乾燥させた窒素気流中で撹拌しながら、2時間かけて徐々に130℃まで昇温した。反応により生じる炭酸ガスの急激な発泡に注意しながら、130℃に保持し、そのまま6.5時間加熱を続けた後、反応を停止させ、ポリアミドイミド溶液を得た。
<Example 2>
(Preparation of electrode-forming material (polyamide-imide resin))
134.5 g of trimellitic anhydride, 176.9 g of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, and 586.9 g of N-methyl-2-pyrrolidone were placed in a flask equipped with a thermometer, stirrer, and condenser, and the temperature was gradually raised to 130°C over 2 hours while stirring in a dry nitrogen stream. While paying attention to the rapid effervescence of carbon dioxide gas produced by the reaction, the temperature was maintained at 130°C and heating was continued for 6.5 hours, after which the reaction was stopped to obtain a polyamide-imide solution.

得られたポリアミドイミド溶液の不揮発分(200℃-2h)は33.1質量%で、粘度(25℃)は15.0Pa・sであった。また、ポリアミドイミドの数平均分子量は24,000であった。 The non-volatile content (at 200°C - 2h) of the obtained polyamide-imide solution was 33.1% by mass, and its viscosity (at 25°C) was 15.0 Pa·s. The number-average molecular weight of the polyamide-imide was 24,000.

(リチウムイオン二次電池の作製及び評価)
実施例1と同様に電池を作製し、電池の充放電サイクル特性を測定したところ、100サイクル後の容量維持率は73.0%であった。
(Fabrication and evaluation of lithium-ion secondary batteries)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, and the charge-discharge cycle characteristics of the battery were measured. The capacity retention rate after 100 cycles was 73.0%.

<実施例3>
(電極形成用材料(ポリアミドイミド樹脂)の調製)
無水トリメリット酸88.4g、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート46.5g、3,3′-ジメトキシビフェニル-4,4′-ジイソシアネート73.7g、及びN-メチル-2-ピロリドン:679.3gを、温度計、撹拌機、及び冷却管を備えたフラスコに入れ、乾燥させた窒素気流中で撹拌しながら、2時間かけて徐々に130℃まで昇温した。反応により生じる炭酸ガスの急激な発泡に注意しながら、130℃に保持し、そのまま6時間加熱を続けた後、反応を停止させ、ポリアミドイミド溶液を得た。
<Example 3>
(Preparation of electrode-forming material (polyamide-imide resin))
88.4 g of trimellitic anhydride, 46.5 g of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 73.7 g of 3,3'-dimethoxybiphenyl-4,4'-diisocyanate, and 679.3 g of N-methyl-2-pyrrolidone were placed in a flask equipped with a thermometer, stirrer, and condenser, and the mixture was gradually heated to 130°C over 2 hours while stirring in a dry nitrogen stream. While paying attention to the rapid effervescence of carbon dioxide produced by the reaction, the mixture was maintained at 130°C and heating continued for 6 hours, after which the reaction was stopped to obtain a polyamide-imide solution.

得られたポリアミドイミド溶液の不揮発分(200℃-2h)は21.2質量%で、粘度(25℃)は7.4Pa・sであった。また、ポリアミドイミドの数平均分子量は28,000であった。 The non-volatile content (at 200°C - 2h) of the obtained polyamide-imide solution was 21.2% by mass, and its viscosity (at 25°C) was 7.4 Pa·s. The number-average molecular weight of the polyamide-imide was 28,000.

(電池の作製及び評価)
実施例1と同様に電池を作製し、電池の充放電サイクル特性を測定したところ100サイクル後の容量維持率は84.4%であった。
(Battery fabrication and evaluation)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, and the charge-discharge cycle characteristics of the battery were measured. The capacity retention rate after 100 cycles was 84.4%.

<比較例1>
市販の水溶性樹脂を使用し、実施例1と同様に電池を作製した。電池の充放電サイクル特性を確認したところ100サイクル後の容量維持率は1.6%であった。
<Comparative Example 1>
A battery was fabricated using a commercially available water-soluble resin in the same manner as in Example 1. When the charge-discharge cycle characteristics of the battery were checked, the capacity retention rate after 100 cycles was 1.6%.

<比較例2>
ポリイミド溶液(ポリアミック酸型ポリイミド樹脂、日立化成株式会社製「HCI-7000」)を使用した以外は実施例1と同様に、電池を作製した。電池の充放電サイクル特性を確認したところ100サイクル後の容量維持率は65.0%であった。
<Comparative Example 2>
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that a polyimide solution (polyamic acid type polyimide resin, "HCI-7000" manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) was used. When the charge-discharge cycle characteristics of the battery were checked, the capacity retention rate after 100 cycles was 65.0%.

実施例1~3、並びに、比較例1及び2で得た電池の容量維持率を表1に示す。実施例1~3で得た電池は、良好な充放電サイクル特性を有していた。 Table 1 shows the capacity retention rates of the batteries obtained in Examples 1-3 and Comparative Examples 1 and 2. The batteries obtained in Examples 1-3 exhibited good charge-discharge cycle characteristics.

表1からわかるように、ポリアミドイミドを含有する電極形成用材料と、シリコン系活物質と炭素系活物質とを含む活物質とを含有する電極を使用することによって、リチウムイオン二次電池の充放電サイクル特性を向上させることができる。 As can be seen from Table 1, the charge-discharge cycle characteristics of lithium-ion secondary batteries can be improved by using an electrode-forming material containing polyamide-imide and an electrode containing an active material containing both silicon-based and carbon-based active materials.

Claims (7)

ポリアミドイミド(ただし、下記の一般式(I)で表されるアルコキシシリル基を有するシラン変性ポリアミドイミドを除く。)を含有し、
前記ポリアミドイミドの数平均分子量が、3,000以上30,000以下(ただし、30,000を除く。)であり、
シリコン系活物質と炭素系活物質とを含む活物質を含有し、銅を含む集電体を有する電極(ただし、Ni含有集電箔と、前記Ni含有集電箔の表面に形成され、Si含有負極活物質及びポリアミドイミドを含む負極活物質層と、を具備することを特徴とする負極を除く。)を形成するための電極合剤に用いられ、
前記電極合剤は、前記活物質の含有量が、前記電極合剤に含まれる溶媒以外の成分の合計質量を基準として、80質量%以上であり、
前記シリコン系活物質の含有量が、前記活物質の質量を基準として、15質量%以上である、電極形成用材料。
It contains polyamide-imide (excluding silane-modified polyamide-imide having an alkoxysilyl group represented by the following general formula (I)),
The number-average molecular weight of the polyamide-imide is 3,000 or more and 30,000 or less (excluding 30,000).
An electrode mixture containing an active material comprising a silicon-based active material and a carbon-based active material, and having a copper -containing current collector (excluding a negative electrode characterized by comprising a Ni-containing current collector foil and a negative electrode active material layer formed on the surface of the Ni-containing current collector foil, comprising a Si-containing negative electrode active material and a polyamide-imide), is used for forming an electrode mixture.
The electrode mixture contains 80% by mass or more of the active material, based on the total mass of components other than the solvent contained in the electrode mixture.
An electrode forming material wherein the content of the silicon-based active material is 15% by mass or more, based on the mass of the active material .
前記ポリアミドイミドが、下記式(III)で示される化合物に由来する構造を含む、請求項1に記載の電極形成用材料。
(式中、Rは、水素原子、アルキル基、ヒドロキシル基、又はアルコキシ基であり、Rは、イソシアネート基又はアミノ基である。)
The electrode-forming material according to claim 1, wherein the polyamide-imide comprises a structure derived from a compound represented by the following formula (III).
(In the formula, R2 is a hydrogen atom, an alkyl group, a hydroxyl group, or an alkoxy group, and R3 is an isocyanate group or an amino group.)
前記シリコン系活物質の含有量が、前記活物質の質量を基準として、20~50質量%である、請求項1又は2に記載の電極形成用材料。 The electrode forming material according to claim 1 or 2, wherein the content of the silicon-based active material is 20 to 50% by mass, based on the mass of the active material. 請求項1~3のいずれか1項に記載の電極形成用材料と、シリコン系活物質及び炭素系活物質を含む活物質と、溶媒とを含有する電極合剤であり、
前記活物質の含有量が、前記電極合剤に含まれる溶媒以外の成分の合計質量を基準として、80質量%以上であり、
前記シリコン系活物質の含有量が、前記活物質の質量を基準として、15質量%以上であり、
シリコン系活物質と炭素系活物質とを含む活物質を含有し、銅を含む集電体を有する電極(ただし、Ni含有集電箔と、前記Ni含有集電箔の表面に形成され、Si含有負極活物質及びポリアミドイミドを含む負極活物質層と、を具備することを特徴とする負極を除く。)を形成するために用いられる、電極合剤。
An electrode mixture comprising an electrode forming material according to any one of claims 1 to 3, an active material including a silicon-based active material and a carbon-based active material, and a solvent,
The content of the active material is 80% by mass or more, based on the total mass of components other than the solvent contained in the electrode mixture.
The content of the silicon-based active material is 15% by mass or more, based on the mass of the active material.
An electrode mixture used to form an electrode having a copper current collector, which contains an active material comprising a silicon-based active material and a carbon-based active material (excluding a negative electrode characterized by comprising a Ni-containing current collector foil and a negative electrode active material layer formed on the surface of the Ni-containing current collector foil, which comprises a Si-containing negative electrode active material and a polyamide-imide) .
前記シリコン系活物質の含有量が、前記活物質の質量を基準として、20~50質量%である、請求項4に記載の電極合剤。 The electrode mixture according to claim 4, wherein the content of the silicon-based active material is 20 to 50% by mass, based on the mass of the active material. 集電体と、前記集電体の表面の少なくとも一部に請求項4又は5に記載の電極合剤を用いて形成された電極合剤層とを有する、エネルギーデバイス用電極(ただし、Ni含有集電箔と、前記Ni含有集電箔の表面に形成され、Si含有負極活物質及びポリアミドイミドを含む負極活物質層と、を具備することを特徴とする負極を除く。) An electrode for an energy device, comprising a current collector and an electrode mixture layer formed on at least a portion of the surface of the current collector using the electrode mixture described in claim 4 or 5 (excluding a negative electrode characterized by comprising a Ni-containing current collector foil and a negative electrode active material layer formed on the surface of the Ni-containing current collector foil and containing a Si-containing negative electrode active material and a polyamide imide) . 正極と負極とを有し、前記正極及び前記負極の少なくとも一方が、請求項6に記載のエネルギーデバイス用電極を含む、エネルギーデバイス。 An energy device having a positive electrode and a negative electrode, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode includes an electrode for an energy device as described in claim 6.
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